Se nella scorsa parte ci siamo concentrati sulle caratterische principali dei circuiti utilizzati per l’ExtraCorporeal Life Support – ECLS, il supporto extracorporeo alle funzioni vitali, proseguiamo con una panoramica circa le differenti configurazioni di assistenza meccanica e con qualche nota su indicazioni e controindicazioni nelle diverse popolazioni. Ma apriamo chiedendoci con quale razionale si possa decidere il ricorso a questo approccio all’insufficienza cardiaca, respiratoria o cardio-respiratoria, certamente impegnativo in termini di risorse umane e materiali, non direttamente terapeutico e non certo scevro da rischi e complicanze. Non esiste una sola risposta, l’ECMO può rappresentare un:
– bridge to recovery: ponte al pieno recupero delle funzioni di polmoni e/o cuore, nell’ambito di patologie potenzialmente reversibili acute o croniche riacutizzate, in situazioni life-threatening in cui terapie convenzionali massimali non si siano dimostrate efficaci o sufficienti a garantire un trasposto di ossigeno idoneo a coprire la domanda, o situazioni in cui l’approccio convenzionale possa contribuire ad aggravare il danno d’organo e pregiudicare l’outcome del paziente;
– bridge to transplant: ponte al trapianto cardiaco, polmonare o di cuore/polmoni nel contesto di patologie irreversibili acute o croniche riacutizzate, in soggetti candidabili;
– bridge to circulatory support: ponte al supporto circolatorio impiantabile (Ventricular Assist Device – VAD; Total Artificial Heart – TAH), nel contesto di patologie cardiache reversibili (perioperatorio) o meno in pazienti candidabili e non al trapianto d’organo;
– bridge to decision: ponte alla decisione in situazioni di emergenza non altrimenti gestibili per guadagnare il tempo necessario alla valutazione delle condizioni e/o alla diagnosi, per analizzare le opzioni terapeutiche e guidare l’eventuale trattamento: Si parla di Extracorporeal Cardiopulmonary Resuscitation – ECPR, rianimazione cardio-polmonare extracorporea, in ambito intraospedaliero (anche all’esterno delle Terapia Intensiva, in sala di emodinamica e Shock Room) e nell’Out-of Hospital.
– bridge to explant: ponte alla donazione a cuore non battente (Non-Heart-Beating Organ Donation – NHBOD) in soggetti che non rientrino nei criteri della morte cerebrale prima della cessazione irreversibile dell’attività cardiocircolatoria e respiratoria.
Configurazioni del supporto extracorporeo all’insufficienza d’organo
Per mettere in atto il supporto extracorporeo è necessario accedere al circolo sistemico con una o più vie di drenaggio ed una o più vie di reinfusione. Gli accessi per drenaggio e reinfusione possono essere venosi od arteriosi: in relazione varie combinazioni, si configurano varie tipologie di supporto, che correlano con un differente grado e genere di sostituzione alle funzioni cardiaca e/o polmonare.
Veno-Venous ECMO (VV-ECMO)
V: drenaggio attraverso una cannula in una vena femorale;
V: reinfusione attraverso una cannula in vena giugulare interna destra o vena femorale.
Per il drenaggio e la reinfusione possono essere utilizzate due cannule separate od una singola cannula bilume posizionata in vena giugulare interna destra. In ambito neonatale o pediatrico, con vasi femorali di dimensioni non sufficienti, questa seconda opzione è l’unica disponibile.
In VV-ECMO il sangue è drenato dal circolo venoso (vena cava superiore) e reinfuso al circolo venoso (atrio destro); l’ossigenatore è posto in serie rispetto al polmone nativo e non si instaura un vero e proprio by-pass rispetto alla normale circolazione. Il sangue drenato attraversa l’ossigenatore, viene decapneizzato ed ossigenato (dettagli sul circuito) ed è reinfuso nel circolo venoso. L’ECMO veno-venoso sostituisce in parte o completamente le funzioni di scambio gassoso; il sangue arterializzato dalla circolazione extracorporea si miscela al sangue venoso refluo dal circolo sistemico. La CaO2, il contenuto arterioso di ossigeno, e la PaCO2, pressione parziale di CO2 del circolo arterioso correlano con la ratio Blood Flow/CO e con la funzione del polmone del paziente, parametri che possono variare in modo significativo nel corso del supporto. Se, ad esempio, la funzione residua del polmone fosse pari a zero, saturazione e pressioni parziali dei gas a livello venoso misto ed arterioso saranno equivalenti. Un fattore confondente è rappresentato dalla frazione di ricircolo, la quota di sangue arterializzato che viene richiamata dalla pressione di drenaggio e che quindi non raggiunge cuore destro, circolo polmonare e sistemico. Il ricircolo è un fenomeno determinato dalla coesistenza, nello stesso sistema venoso, di entrambe le cannule di drenaggio e di reinfusione, e correla con la distanza tra i due cateteri e con la pressione di aspirazione; se una minima quota di ricircolo è considerata fisiologica, con l’aumento della frazione si riduce l’efficacia del supporto extracorporeo.
L’ECMO Veno-Venoso non garantisce un supporto emodinamico diretto, quindi si può applicare quando la funzionalità cardiaca sia preservata o solo moderatamente compromessa; senza effetti sostanziali sulla gittata, l’efficacia in termini di trasporto di O2, rispetto al supporto Veno-Arterioso, è moderata. Possono comunque determinarsi effetti positivi indiretti sulla funzione cardiovascolare conseguenti il calo delle pressioni polmonari correlato alla modifica dei parametri ventilatori dopo l’inizio del supporto extracorporeo (con riduzione del precarico ventricolare destro e miglioramento del riempimento ventricolare sinistro) e l’aumento della CaO2 nel sangue a livello del piccolo circolo, con riduzione delle resistenze polmonari, e a livello dell’arco, quindi del circolo coronarico. Il principale vantaggio del VV-ECMO, rispetto al VA, è che permette di evitare la cannulazione arteriosa, che porta con sé rischi ischemici ed embolici e le eventuali necessità di legatura o riparazione; inoltre, in VV viene preservato il flusso pulsatile e non aumenta, rimanendo inalterato, il precarico del ventricolo sinistro.
VenoVeno –Venous ECMO (VVV-ECMO)
VV: drenaggio attraverso due cannule in vena giugulare interna o femorale (ECMO periferico); le due linee di drenaggio confluiscono prima della pompa.
V: reinfusione attraverso una cannula in vena giugulare interna o femorale (ECMO periferico).
Normalmente questo tipo di configurazione rappresenta una modifica in itinere di una configurazione VV di partenza, per implementare il Blood Flow a fronte di circolo iperdinamico o cannule di piccolo calibro (ratio Blood Flow/CO ridotta) e completa compromissione della funzione del polmone nativo.
Veno – Arterial ECMO (VA-ECMO)
V: drenaggio attraverso una cannula in vena giugulare interna o femorale (ECMO periferico) o in atrio destro (ECMO centrale a open chest, postcardiotomia);
A: reinfusione attraverso una cannula in una arteria periferica, femorale, succlavia e meno comunemente l’arteria ascellare per l’adulto mentre in ambito neonatale e pediatrico con femorali non idonee viene utilizzata la carotide comune destra (ECMO periferico); l’estremità della cannula “periferica” è in aorta. La cannula può essere posizionata direttamente a livello dell’arco aortico (ECMO centrale a open chest, postcardiotomia).
Il supporto in configurazione Veno-Arteriosa sostituisce completamente o parzialmente le funzioni di cuore e polmoni, fornendo un sostegno emodinamico diretto; il polmone artificiale è posto in parallelo rispetto al polmone nativo. Il sangue drenato attraversa l’ossigenatore, viene decapneizzato ed ossigenato (dettagli sul circuito) ed è reinfuso nel circolo arterioso sistemico; il livello aortico raggiunto è dipendenza del flusso, della posizione della cannula e della funzione residua del ventricolo sinistro. In ECMO periferico, se la contrattilità è conservata/in ripresa il circolo coronarico ed i TSA sono perfusi da un sangue le cui caratteristiche, in termini di CaO2/CaCO2 dipendono in parte dagli scambi extracorporei, in parte (tanto maggiore tanto maggiore l’inotropismo) dagli scambi polmonari (vedi VAV-ECMO).
Veno – Artero –Venous ECMO (VAV-ECMO)
V: drenaggio attraverso una cannula posizionata in vena giugulare interna o femorale (ECMO periferico);
AV: reinfusione attraverso due cannule, una in una arteria periferica (vedi reinfusione VA-ECMO) e in una vena (vedi reinfusione VV-ECMO).
Anche questa configurazione ibrida rappresenta una modifica in corso d’opera, in particolare di una configurazione VA periferica di partenza, per perfondere con sangue arterializzato cuore e cervello in situazioni di completa compromissione della funzione del polmone nativo ma funzione ventricolare sinistra in ripresa (competizione tra CO e Blood Flow in aorta).
Artero –Venous ECMO (AV-ECMO)
A: drenaggio attraverso una cannula posizionata normalmente in arteria femorale;
V: reinfusione attraverso una cannula posizionata normalmente in vena femorale.
Si tratta di una tipologia di supporto viene messa in atto con un sistema pumpless: non prevede l’utilizzo di una pompa per il drenaggio perchè sfrutta il ΔP, gradiente pressorio, artero–venoso per determinare un flusso di sangue attraverso l’ossigenatore, posto tra la linea arteriosa e quella venosa. Questa configurazione esita in un basso Blood Flow, sufficiente a garantirne l’efficacia in termini di rimozione di CO2, ma con una drastica riduzione delle potenzialità di ossigenazione, riservandone in genere l’applicazione a contesti di insufficienza respiratoria ipercapnica normossiemica (o quasi), con scarsi benefici a fronte delle potenziali complicanze associate ad un accesso arterioso di grande calibro. Il lavoro cardiaco è aumentato e il basso flusso, inoltre, aumenta il rischio trombotico, quindi il grado di anticoagulazione richiesto ed il correlato rischio emorragico.
cannulazione
La cannulazione per ogni tipologia di ECMO periferico può venire effettuata per via:
– percutanea, ecoguidata o sotto brillanza, raramente blind;
– chirurgica;
– semi-open, esposizione del vaso ma puntura percutanea con visualizzazione diretta.
Indicazioni e controindicazioni al supporto meccanico all’insufficienza respiratoria
Secondo le più recenti linee guida dell’Extracorporeal Life Support Organization – ELSO (Adult Respiratory Guidelines), il supporto extracorporeo alla funzione polmonare è indicato nel contesto di:
– insufficienza respiratoria ipossiemica primaria o secondaria con rapporto PaO2/FiO2 < 100 a FiO2 > 0.9 e/o Murray score di 3-4 (calcolo Murray score) nonostante l’ottimizzazione dei parametri ventilatori associata alle manovre di pronazione, se indicate, per ≥ 6h (insufficienza respiratoria associata ad un rischio di mortalità dell’80%), ad esempio nell’ambito di:
- polmonite virale/batterica e sepsi
- polmonite ad ingestis
- annegamento
- inalazione fumo
- trauma toracico
- postoperatorio
- ernia diaframmatica congenita – CDH
- aspirazione di meconio
– insufficienza respiratoria ipercapnica in ventilazione meccanica ad alte pressioni di Plateau (>30 cm H2O);
– sindromi da air leak severe;
– necessità di intubazione in pazienti in lista per trapianto polmonare;
– perioperatorio di chirurgia tracheo-bronchiale e di exeresi di masse mediastiniche anteriori;
– emorragia polmonare;
– collasso cardiorespiratorio/respiratorio immediato da PE o blocco/costrizione delle vie aeree non responsivo alle terapie convenzionali.
Se la funzione cardiaca è normale o il coinvolgimento emodinamico è modesto è indicato l’ECMO Veno-Venoso; se coesiste insufficienza cardiaca significativa può essere necessario il supporto Veno-Arterioso. Se l’insufficienza è ipercapnica normossiemica è possibile considerare l’ECMO Artero-Venoso pumpless o, per evitare la cannulazione arteriosa, l’ECCO2R Veno-Venoso a basso flusso [ExtraCorporeal CO2 Removal, la cosiddetta “dialisi respiratoria”, ma è un’altra storia, e l’approfondimento di questa tecnica lo rimandiamo ad un eventuale prossimo post…].
Non esistono controindicazioni assolute all’ECLS nell’adulto: ogni caso deve essere valutato in relazione a rischi e benefici specifici; condizioni che però sono considerate associate ad un poor outcome nonostante il supporto extracorporeo sono rappresentate da:
- ventilazione meccanica con parametri massimali (FiO2 > 0.9, Pressione Plateau > 30) per ≥ 7 giorni;
- immunosoppressione farmacologica maggiore (neutrofili <400/mm3);
- emorragia cerebrale recente/in evoluzione;
- comorbilità irreversibile (quali lesioni cerebrali maggiori, neoplasie terminale);
Non esiste un’età considerata limite, ma i rischi aumentano progressivamente.
Nel paziente pediatrico (> 30 gg-18aa) (ELSO Guidelines for Adult Respiratory Failure), non esistono indicatori assoluti, ma l’ECMO andrebbe considerato entro i primi 7 giorni di supporto respiratorio massimale. Sono considerate controindicazioni all’ECLS:
- procedure neurochirurgiche o sanguinamenti cerebrali (entro 10 giorni dall’evento);
- chirurgia o trauma recenti, per l’aumento del rischio emorragico (pazienti di questa categoria sono però stati trattati con successo);
- compromissione neurologica severa ed anomalie genetiche (ad esclusione della trisomia 21).
Nel caso di insufficienze respiratorie croniche, (broncodisplasia polmonare – BPD, enfisema, fibrosi cistica) devono essere considerate le condizioni prima del ricovero in Terapia Intensiva e la prognosi a lungo termine; in particolare i pazienti con CF devo essere candidabili al trapianto.
Sono controindicazioni relative l’insufficienza epatica terminale, l’insufficienza renale e l’ipertensione polmonare primitiva.
Nel neonato (≤ 30 gg) (ELSO Guidelines for Neonatal Respiratory Failure) il supporto respiratorio extracorporeo è indicato in situazioni di:
– Oxygenation Index* > 40 per più di 4 h;
– Oxygenation Index* > 20 con assenza di miglioramenti nonostante terapie massimali prolungate (> 24h) o persistenti episodi di scompenso;
– insufficienza respiratoria ipossiemica severa con scompenso acuto (PaO2 < 40mmHg), non responsiva ai trattamenti;
– insufficienza respiratoria progressiva e/o ipertensione polmonare con evidenza di disfunzione ventricolare destra o necessità di supporto inotropo continuo.
* Oxygenation Index – OI = FiO2 * MeanAirwayPressure / PaO2 (calcolo Oxygenation Index);
Sono da considerarsi controindicazioni:
- alterazioni cromosomiche letali (incluse trisomia 18 e 13) o altre anomalie letali;
- danno cerebrale irreversibile;
- emorragie non controllate;
- emorragie intraventricolari di grado II e IV.
Tra le controindicazioni relative sono incluse:
- danno d’organo irreversibile senza indicazioni al trapianto;
- peso < 2 Kg ed età gestazionale < 34 settimane per l’amento del rischio di sanguinamenti intracranici;
- ventilazione meccanica prolungata (>10-14gg);
- patologie con alta probabilità di prognosi infausta.
Indicazioni e controindicazioni al supporto meccanico all’insufficienza cardiaca
Il sostegno extracorporeo alle funzioni vitali è indicato come supporto all’insufficienza cardiaca nel contesto di:
– shock cardiogeno (infarto miocardico acuto, miocardite, miocardiopatia, tossicità da farmaci, cardiomiopatia peripartum, scompenso cardiaco cronico scompensato…) con ipoperfusione tissutale (acidosi, low urinary output…) da ipotensione e bassa gittata nonostante una volemia adeguata, che persista a fronte supporto inotropo e vasopressore, IABP se appropriato;
– shock cardiogeno e/o cianosi profonda o ipertensione polmonare refrattaria in malformazioni congenite cardiache o dei grandi vasi;
– supporto postcardiotomia se non possibile svezzamento dal bypass o nell’ambito di sindromi da bassa gittata, artimie refrattarie con compromissione emodinamica;
– supporto a cateterismi ad alto rischio in elezione;
– shock settico;
– insufficienza respiratoria neonatale con necessità di supporto extracorporeo ma dimensioni della giugulare interna non idonee al posizionamento di una cannula bilume o eccesso di ricircolo dopo appropriato posizionamento;
– ECPR dove prontamente disponibile nell’arresto cardiaco da ogni causa reversibile (AHA Guidelines for CPR and ECC Science) con risposta alla CPR in termini di perfusione e supporto metabolico ma persistere dell’instabilità, e senza controindicazioni al supporto extracorporeo (posto che le reversibilità e le controindicazioni possano essere note al momento dell’emergenza);
– rewarming nell’ipotermia accidentale severa (core temperature <28°) senza arresto non responsiva a riscaldamento non invasivo/a ridotta invasività, in particolare se aritmici, con compromissione emodinamica, acidosi refrattaria, insufficienza respiratoria (Extra–Corporeal Assisted Rewarming – ECAR) .
Le controindicazioni assolute all’ECLS VA nell’adulto (ELSO Guidelines for Adult Cardiac Failure) sono rappresentate da:
- condizioni cardiache irreversibili in pazienti non candidabili a trapianto o supporto meccanico impiantabile;
- disfunzioni organiche croniche (enfisema, cirrosi, insufficienza renale);
- scarsa/nulla compliance (cognitiva, psichiatrica, limitazioni sociali).
- RCP prolungata senza perfusione adeguata.
La presenza di controindicazioni alla anticoagulazione, età avanzata, obesità rappresentano invece controindicazioni relative.
Per il paziente pediatrico si sottolineano come controindicazioni le malformazioni congenite e le patologie non trattabili (ELSO Guidelines for Pediatric Cardiac Failure).
Le controindicazioni assolute all’ECMO per tutte le categorie di pazienti (adulto, pediatrico, neonato) sono applicabili anche alla ECPR (ELSO Guidelines for ECPR Cases).
further readings
Per qualche informazione in più…
sul circuito per il supporto extracorporeo, consultate la I parte, ECMO – ExtraCorporeal Membrane Oxygenator: the basis 1 il circuito link o per le slides link
sulle complicanze principali e la loro gestione link
su monitoraggio e assistenza al paziente in ECMO link
bibliografia
Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) guidelines. http://www.elsonet.org
ELSO Guidelines for Adult Respiratory Failure v1.3 link
ELSO Guidelines for Pediatric Respiratory Failure v1.3 link
ELSO Guidelines for Neonatal Respiratory Failure v1.3 link
ELSO Guidelines for Adult Cardiac Failure v1.3 link
ELSO Guidelines for ECPR Cases v1.3 link
ELSO Guidelines for Pediatric Cardiac Failure v1.3 link
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